BUGS the Educational Robot: 11 stappe (met foto's)

2024 Outeur: John Day | [email protected]. Laas verander: 2024-01-30 07:25

Ek het die afgelope jaar al my vrye tyd bestee aan die ontwerp en leer van Open source 3D -drukbare robotika, en toe ek sien dat Instructables 'n Robotics -wedstryd opgestel het, kon ek nie daaraan deelneem nie.

Ek wou hê dat die ontwerp van hierdie robot so opvoedkundig moontlik moes wees. So dat onderwysers regoor die wêreld vorm met min ontwerp- en programmeringsvaardighede en wat toegang tot 'n 3D -drukker het, baie verskillende funksies in die klas kan bou en gebruik.

Ek het voorheen BORIS the Biped (skakel hier) 'n robot ontwerp en gepos wat ek ook vir opvoedkundige doeleindes ontwerp het, en ek het besluit om dieselfde elektronika in BORIS as in BUGS te gebruik, sodat elkeen van julle wat besluit om BUGS te bou 'n bietjie ekstra koste kan ook BORIS bou

Ek het hierdie projek nou al lank in my gedagtes en dit is uiteindelik tyd om dit te deel.

Dit het my ongeveer 3 weke geneem om hierdie projek af te handel, te prototipeer en te dokumenteer.

Ek hoop dat u dit geniet en dat dit nuttig is

Hoeveel kos BUGS:

Algemene foute kos u ongeveer 90 $ om batterye en laaier ingesluit te bou

Wat is BUGS se kenmerke:

• Eerstens wou ek hê BUGS moet uitstaan, so in teenstelling met baie ander opvoedingsrobotte met wiele loop BUGS op 8 bene met die Klann -koppeling, dit het die voordeel dat dit die benodigde servo's verminder tot een servo per kant en sodoende die koste verlaag.
• BUGS is toegerus met 'n artikulerende klou wat die perfekte grootte is om 'n gholf- of tafeltennisbal te vang.
• Om BUGS se opvoedkundige vermoëns werklik tot die uiterste te beperk, het ek besluit om 'n klomp ekstra sensors by te voeg, sodat hy enige Robotics -taak wat u van hom vra, werklik kan vervul, insluitend:

- Reël volg

- Digitale kompasopskrif

- Vermyding van hindernisse

- Gonser

- Handmatige beheer met 3D -gedrukte Arduino -kontroleerder (skakel hier)

Wat moet BUGS vooraf geprogrammeer word:

BUGS is geprogrammeer met behulp van Arduino; daar is 3 vooraf geprogrammeerde arduino -kodes wat na sy brein opgelaai kan word:

- Outonome lynvolgmodus waar BUGS 'n bal kan volg, 'n lyn volg en 'n bal aan die einde van die lyn laat val

- Outonoumous digitale kompas en modus vir die vermyding van hindernisse waar BUGS by 'n vaste koers kan hou en struikelblokke wat voor hom geplaas word, kan vermy terwyl hulle dieselfde koers behou

- Handmatige modus, waar BUGS handmatig beheer kan word en die twee outonome modusse hierbo kan uitvoer met die druk van 'n knoppie

Voorrade

Vir hierdie instruksies benodig u:

GEREEDSKAP:

Klein kruiskopskroewedraaier

VOORSIENINGS VIR DIE ROBOT:

3x egte Tower Pro MG90S analoog 180 grade servo (skakel hier)

U kan baie goedkoop uit China koop, maar servo's is nie een daarvan nie! Nadat ek baie verskillende tipes getoets het, veral goedkoop towerpro servo's, het ek agtergekom dat die goedkoop vervalsings so onbetroubaar is en dikwels 'n dag breek nadat ek dit gebruik het, en ek het besluit dat ware towerpro servo's die beste sou wees!

1x Sunfounder Wireless Servo Control Board (skakel hier)

U kan nie 'n beter prototipe -bord vind as hierdie vir draadlose servobestuur nie. Hierdie bord het 'n bulit in 5V 3A -kragomskakelaar en 12 servo -invoerpenne en penne vir 'n draadlose nrf24L01 -ontvangermodule en Arduino NANO, alles in 'n verkorte netjiese pakket, dus moenie meer bekommerd wees oor morsige kabels nie!

• 1x Arduino NANO (skakel hier)
• 1x NRF24L01 Transceiver Module (skakel hier) (u het dit nie nodig as u nie die beheerder gebruik nie)
• 1x Magnometer (digitale kompas) QMC5883L GY-273 (skakel hier)
• 1x Ultrasoniese sensor HC-SR04 (skakel hier)
• 2x IR -infrarooi obstakelvermydingsensormodule (skakel hier)
• 1x Passiewe zoemer (skakel hier)
• 2x 18650 3.7V Li -ion batterye (skakel hier)
• 1x 18650 batteryhouer (skakel hier) (hierdie batterye gee u ongeveer 30 minute se werktyd, die beter sal u ongeveer 2 uur se werktyd gee)
• 1x LI ion batterylaaier (skakel hier)
• 1x springkabels 120 stuks 10 cm lank (skakel hier)
• 1x skroewe 2mm x 8mm pak van 100 (skakel hier)

Al die elektronika kan ook op Amazon gevind word as u nie kan betaal om te wag vir aflewering nie, maar dit sal 'n bietjie duurder wees.

BEHEERDER:

Om hierdie robot met die hand te beheer, benodig u die 3D -gedrukte Arduino -beheerder (skakel hier) Die robot kan ook suiwer outonoom wees, sodat die beheerder nie verpligtend is nie.

PLASTIEK:

Die onderdele kan in PLA of PETG of ABS gedruk word. !! Let daarop dat 'n spoel van 500 g meer as genoeg is om 1 robot af te druk !!

3D PRINTER:

Minimum bouplatform benodig: L150mm x B150mm x H100mm

Enige 3D -drukker sal dit doen.

Ek het die onderdele persoonlik op die Creality Ender 3 gedruk, 'n goedkoop 3D -drukker onder 200 $. Die afdrukke het perfek uitgedraai.

Stap 1: 3D -druk van die onderdele

So nou is dit tyd vir druk … Ja

Ek het al die BUGS se onderdele noukeurig ontwerp om 3D -gedruk te word, sonder dat ondersteuningsmateriaal of vlotte benodig word tydens die drukwerk.

Al die onderdele kan op Pinshape afgelaai word (skakel hier)

Al die onderdele is getoets op die Creality Ender 3

Materiaal: PETG

Laaghoogte: 0,3 mm

Aanvulling: 15%

Spuitstuk deursnee: 0,4 mm

Die onderdele lys vir BUGS is soos volg:

• 1x HOOFLIGGAAM
• 1x BESTE LIGGAAM
• 2x KANTLIGGAAM
• 1x ARM
• 1x VOORAF
• 1x HAND
• 2x ARM PINS
• 1x HANDPEN
• 2x COGS
• 4x SKAKELKOEK
• 4x Vierkante PIN -koppeling
• 4x SKAKELING
• 8x SKAKELING BUITE
• 8x SKAKELBEN
• 8x SKAKELING TOP KLEIN
• 8x SKAKEL ONDERKLEIN
• 8x CIRCULR PIN L1
• 4x Sirkulêre PIN L2
• 16x Sirkulêre PIN L3
• 8x Sirkulêre PIN L4
• 4x Sirkulêre PIN L5
• 4x GROOT OMSENDKLIP
• 36x Sirkulêre knipsels
• 12x REGTEKNIPPE

Elke deel kan as 'n groep of afsonderlik gedruk word.

Volg die volgende stappe vir groepsdruk:

• Begin met die druk van die GROUP ARM FOREARM.stl hierdie dele is die moeilikste om af te druk en kan 'n rand nodig hê om te voorkom dat dit krom word
• Druk deur met die res van die dele. Om al die onderdele te druk, hoef u slegs elke GROUP.stl -lêer af te druk, en u sal die volledige stel onderdele hê.

En daar het ons dit ongeveer 'n dag en 'n half later gedruk, u behoort al die plastiekonderdele van BUGS te hê.

Stap 1 voltooi !!!

Stap 2: Installeer Arduino

BUGS gebruik C ++ - programmering om te kan funksioneer. Om programme na BUGS op te laai, gebruik ons Arduino IDE saam met 'n paar ander biblioteke wat in die Arduino IDE geïnstalleer moet word.

Installeer Arduino IDE op u rekenaar

Arduino IDE (skakel hier)

Om die biblioteke in Arduino IDE te installeer, moet u die volgende doen met al die biblioteke in die onderstaande skakels

1. Klik op die onderstaande skakels (dit sal u na die biblioteek se GitHub -bladsy neem)
2. Klik op Klon of Laai af
3. Klik op zip -aflaai (die aflaai moet in u webblaaier begin)
4. Maak die afgelaaide biblioteekmap oop
5. Pak die afgelaaide biblioteekvouer uit
6. Kopieer die uitgepakte biblioteekmap
7. Plak die uitgepakte biblioteekmap in die gids van die Arduino -biblioteek (C: / Documents / Arduino / biblioteke)

Biblioteke:

• Varspeedservo biblioteek (skakel hier)
• QMC5883L biblioteek (skakel hier)
• RF24 -biblioteek (skakel hier)

En daar het ons dit, u moet almal gereed wees om seker te maak dat u Arduino IDE korrek opgestel het, volg die volgende stappe

1. Laai die gewenste Arduino -kode hieronder af (Robot Controller & Autonomous.ino of Robot Autonomous Compass.ino of Robot Autonomous Line follower.ino) (om een of ander rede kon ek nie die kode na Instructables oplaai nie, stuur my 'n PM op seb.coddington@ gmail.com vir kode totdat ek die probleem opgelos het)
2. Maak dit oop in Arduino IDE
3. Kies gereedskap:
4. Kies raad:
5. Kies Arduino Nano
6. Kies gereedskap:
7. Kies verwerker:
8. Kies ATmega328p (ou selflaaiprogram)
9. Klik op die Verify -knoppie (Merk -knoppie) in die linker boonste hoek van Arduino IDE

As alles goed gaan, moet u onderaan 'n boodskap kry wat sê Klaar opstel.

En dit is dit dat u nou stap 2 voltooi het !!!

Stap 3: BUGS programmeer

Nou is dit tyd om die kode op te laai na die brein van BUGS, die Arduino Nano.

1. Koppel die Arduino Nano via u USB -kabel aan op u rekenaar
2. Klik op die oplaai -knoppie (pyltjie regs)

As alles goed gaan, moet u onderaan 'n boodskap kry wat lui: Oplaai klaar.

En dit is dit vir stap 3.

Stap 4: Monteer BUGS se bene

Al die volgende stappe word in die Assembley -video hierbo uitgebeeld.

Die montering van die linkerkantse ratte

Elektroniese onderdele benodig:

1x Fitech FS90R deurlopende rotasieservo

Plastiekonderdele benodig:

• 1x syliggaam
• 1x tandwiel
• 2x koppelingstang
• 2x Vierkantige koppeling
• 2x koppelingsrit
• 2x vierkantige knipsels
• 4x sirkelpen L4

Skroewe en servohorings benodig:

• 2x lang self tapering skroewe
• 1x kort skroewe vir Servo Horn
• 1x servohoring met twee arms

Montage -instruksies:

1. Steek die FS90R Servo in die syliggaam
2. Bevestig met 2 lang self -tapers
3. Steek die servohoring in die tandwiel
4. Plaas die tandwiel op die servo
5. Bevestig met 1 kort servohoringskroef
6. Skuif die sirkelpenne L4 na die Linkage Cogs en and Linkage drives
7. Skuif die vierkantige koppelpennetjies in die koppelingstande (maak seker dat u dit op die regte manier skuif)
8. Skuif die koppelingskoppe in die syliggaam, en plaas die ratte in spieëlbeelde van mekaar, soos in die video hierbo getoon.
9. Skuif die koppelingsaandrywing oor die teenoorgestelde kant van die vierkantige pen, maak seker dat die sirkelpenne L4 in teenoorgestelde rigtings van mekaar is
10. Bevestig die vierkante koppelingspen met 2 vierkantige klampe

Die montering van die regterkantse liggaamswiele

Gaan voort met dieselfde as met die linkerkant van die liggaam

Montering van die bene

Plastiekonderdele benodig:

• 2x buitenste koppeling
• 2x koppeling Top klein
• 2x koppeling onderkant klein
• 2x koppelingsbeen
• 2x sirkelpen L1
• 1x sirkelpen L2
• 4x sirkelpen L3
• 1x sirkelpen L5
• 1x groot clip
• 9x sirkelsirkel

Montage -instruksies:

1. Skuif sirkelpen L5 na sykant
2. Bevestig die sirkelpen L5 met sy groot clip
3. Skuif een van die klein stukke van die koppeling bo -oor sirkelpen L2
4. Skuif sirkelpen L2 deur die sykant
5. Skuif die ander stuk stuk koppeling bo -oor sirkelpen L2
6. Beveilig met Clip Circular
7. Skuif albei sirkelpen L1 -stukke deur albei klein stukke van die onderkant
8. Skuif die klein stukke van die koppelingsbodem oor die sirkelpen L5
9. Skuif die buitenste stukke van die koppeling oor die sirkelpen L4 en sirkelpen L1, soos in die montagevideo hierbo getoon
10. Bevestig die buitenste stukke van die koppeling met 2 sirkelknipsels elk
11. Skuif 2 sirkelpen L3's deur albei klein stukke van die koppeling
12. Skuif albei beenverbindings oor die ander kant van die sirkelpen L3
13. Beveilig albei beenverbindings met twee sirkelknipsels
14. Skuif die laaste 2 sirkelpen L3's deur die 2 beenverbindings
15. Skuif die ander kant van die sirkelpen L3 deur die buitenste koppeling
16. Beveilig met 2 sirkelknipsels

Gaan voort met dieselfde proses met die oorblywende drie hoeke van die robot.

Stap 5: Monteer BUGS se klou

Al die volgende stappe word in die Assembley -video hierbo uitgebeeld.

Elektroniese onderdele benodig:

3x egte Towerpro MG90S servo

Plastiekonderdele benodig:

• 1x boonste lyf
• 1x arm
• 1x voorarm
• 1x Hand
• 2x armpenne
• 1x handpen

Skroewe benodig:

2x lang self tapering skroewe

Montage -instruksies:

1. Steek een van die armpenne in die boonste liggaamsgat
2. Steek een van die servo's in die boonste liggaam
3. Bevestig die servo met 2 lang self tapering skroewe
4. Steek die ander armpen in die onderste voorarmgat
5. Steek die handpen in die boonste (handkant) voorarmgat
6. Steek die 2 oorblywende servo's in die voorarm
7. Steek die arm oor die servo en die pen van die boonste liggaam (die breedste kant), en sorg dat dit reg is
8. Steek die arm oor die onderarmservo en speld (dunste kant), maak seker dat u dit regkry
9. Steek die hand oor die ander onderarm servo en pen

Stap 6: Monteer BUGS se elektronika

Al die volgende stappe word in die Assembley -video hierbo uitgebeeld.

Elektroniese onderdele benodig:

• 1x Arduino NANO
• 1x NRF24L01 -ontvanger (opsioneel)
• 1x Servo skild
• 1x gonser
• 1x Ultrasoniese sensor
• 1x Magnometer (digitale kompas)
• 2x IR -sensors
• 1x batteryhouer
• 2x 18650 batterye

Plastiekonderdele benodig:

1x hoofliggaam

Skroewe benodig:

9x lang self -tapende skroewe

Montage -instruksies:

1. Maak die Arduino NANO- en NRF24L01 -ontvanger aan die servoskild vas
2. Skroef die batteryhouer se drade aan die servoskerm vas (kontroleer polariteit)
3. Skroef die batteryhouer skuins aan die hoofliggaam vas met 2 skroewe
4. Skroef die zoemer aan die hoofliggaam vas met 1 skroef
5. Skroef die servoskerm aan die hoofliggaam vas met 2 skroewe skuins
6. Skroef die magnometer (digitale kompas) met twee skroewe aan die hoofliggaam vas
7. Knip die ultrasoniese sensor vas op die hoofliggaam
8. Skroef beide IR -sensors aan die hoofliggaam vas met 1 skroef elk
9. Plaas die batterye in die batteryhouer

Stap 7: Monteer BUGS se bene en klou aan die liggaam

Al die volgende stappe word in die Assembley -video hierbo uitgebeeld.

Plastiekonderdele benodig:

• 2x gemonteer bene
• 1x gemonteer klou
• 1x gemonteer hoofliggaam
• 8x vierkantige knipsels

Montage -instruksies:

1. Skuif die kant van die gemonteerde klou in die boonste vierkantige gate van een van die gemonteerde bene
2. Skuif die kant van die gemonteerde hoofliggaam in die onderste vierkantige gate van dieselfde gemonteerde been
3. Bevestig met 4 vierkantige snitte
4. Skuif die oorblywende gemonteer been oor die ander kant van die gemonteerde klou en gemonteer lyf
5. Bevestig met 4 vierkantige snitte

Stap 8: Maak BUGS se elektronika op

Gebruik die bedradingsdiagram hierbo om die bedradingaansluitings te bepaal

Berei die benodigde springkabels tussen die wyfies en die wyfies voor

• 5x rooi of oranje vir positiewe 5V
• 5x bruin of swart vir negatiewe grond
• 1x Blou vir Buzzer I/O -pen
• 2x Groen vir die twee IR -sensors OUT -penne
• 2x geel vir ultraklank- en echo -penne
• 2x pers vir die magnometers (digitale kompas) SDA- en SCL -penne

Bedrading instruksies:

1. Koppel die handservo in pen nommer 1 op die servobestuurbord (maak seker dat die verbindings reg is)
2. Koppel die onderarmservo in pen nommer 2 op die servobestuurbord (maak seker dat die verbindings reg is)
3. Koppel die arm -servo in pen nommer 3 op die servo -bedieningsbord (maak seker dat die verbindings reg is)
4. Steek die linkerbeen -servo in pen nommer 4 op die servobestuurbord (maak seker dat die verbindings reg is)
5. Koppel die regterbene -servo in pen nommer 5 op die servobestuurbord (maak seker dat die verbindings reg is)
6. Koppel die Blou wyfie -na -vroulike springkabel aan Signaalpen nommer 6 op die Servo -beheerbord
7. Koppel 'n Rooi of Oranje wyfie -na -vroulike springkabel aan die VCC -pen nommer 6 op die Servo -beheerbord
8. Koppel 'n bruin of swart vroulike na vroulike springkabel aan die GND -pen nommer 6 op die Servo -bedieningsbord
9. Koppel 2 Groen vroulike na vroulike springkabels aan Seinpenne 7 en 8 op die Servo -beheerbord
10. Koppel 2 Rooi of Oranje wyfie -na -vroulike springkabels aan VCC -penne nommer 7 en 8 op die Servo -bedieningsbord
11. Koppel 2 bruin of swart vroulike na vroulike springkabels aan GND -penne nommer 7 en 8 op die Servo -bedieningsbord
12. Koppel 2 geel kabels van die vroulike na die vroulike aansluiting aan die seinpennetjies nommer 9 en 10 op die servobestuurbord
13. Koppel 1 Rooi of Oranje wyfie na vroulike springkabel aan VCC -pen nommer 9 op die Servo -bedieningsbord
14. Koppel 1 Bruin of Swart vroulike na vroulike springkabel aan die GND -pen nommer 9 op die Servo -bedieningsbord
15. Koppel 2 pers kabels van die vroulike na die vroulike aansluiting aan die seinpennetjies nommer 11 en 12 op die servobestuurbord
16. Sluit 1 Rooi of Oranje wyfie -na -vroulike springkabel aan op VCC -pen nommer 10 op die Servo -bedieningsbord
17. Koppel 1 bruin of swart vroulike na vroulike springkabel aan die GND -pen nommer 10 op die Servo -bedieningsbord
18. Koppel die blou vroulike na vroulike springkabel op pen 6 aan die I/O -pen op die gonser
19. Koppel die rooi of oranje wyfie -na -vroulike springkabel op pen 6 aan die VCC -pen op die gonser
20. Koppel die bruin of swart vroulike na vroulike springkabel op pen 6 aan die GND -pen op die gonser
21. Koppel die groen vroulike na vroulike springkabel op pen 7 aan die OUT -pen aan die linker IR -sensor
22. Koppel die Rooi of Oranje wyfie -na -vroulike springkabel op pen 7 aan die VCC -pen aan die linker -IR -sensor
23. Koppel die bruin of swart vroulike na vroulike springkabel op pen 7 aan die GND -pen aan die linker -IR -sensor
24. Koppel die groen vroulike na vroulike springkabel op pen 8 aan die OUT -pen aan die regter -IR -sensor
25. Koppel die Rooi of Oranje wyfie -na -vroulike springkabel op pen 8 aan die VCC -pen aan die regter -IR -sensor
26. Koppel die bruin of swart vroulike na vroulike springkabel op pen 8 aan die GND -pen aan die regter -IR -sensor
27. Koppel die geel vroulike na vroulike springkabel op pen 9 aan die Trig -pen op die ultrasoniese sensor
28. Koppel die geel vroulike na vroulike springkabel op pen 10 aan die Echo -pen op die ultrasoniese sensor
29. Koppel die Rooi of Oranje wyfie -na -vroulike springkabel op pen 9 aan die VCC -pen op die Ultrasoniese sensor
30. Koppel die bruin of swart vroulike na vroulike springkabel op pen 9 aan die GND -pen op die ultrasoniese sensor
31. Koppel die pers -wyfie -na -vroulike springkabel op pen 11 aan die SDA -pen op die magnometer
32. Koppel die pers -wyfie -na -vroulike springkabel op pen 12 aan die SCL -pen op die magnometer
33. Koppel die Rooi of Oranje wyfie -na -vroulike springkabel op pen 10 aan die VCC -pen op die Magnometer
34. Koppel die bruin of swart vroulike na vroulike springkabel op pen 10 aan die GND -pen op die magnometer

Stap 9: Kalibreer BUGS se klou servo's

Al die volgende stappe word in die Assembley -video hierbo uitgebeeld.

Skroewe en servohorings benodig:

• 3x enkelarm servo horings
• 3x kort skroewe vir servohorings

Montage -instruksies:

1. Skakel die robot vir 5 sekondes aan totdat die servo's hul tuisposisie bereik, en skakel die robot af
2. Plaas die arm in 'n hoek van 90 grade teenoor die liggaam
3. Plaas die arm/lyf servo horing
4. Bevestig met 'n kort servohoringskroef
5. Plaas die voorarm in 'n hoek van 90 grade teenoor die arm
6. Plaas die onderarm/arm servohoring
7. Bevestig met 'n kort servohoringskroef
8. Plaas die hand in die geslote posisie
9. Plaas die servohoring met die hand/onderarm
10. Bevestig met 'n kort servohoringskroef

Stap 10: Kalibreer die IR -sensors vir lynvolging

Om die IR -sensors 'n swart lyn op te spoor, moet u die potensioskakelaarskroef op elke IR -sensor aanpas sodat die 2 rooi LED's aan is wanneer die sensor naby 'n wit oppervlak is en dat slegs een rooi LED aan is wanneer die sensor is naby 'n swart oppervlak.

Stap 11: Gebruik BUGS

Gebruik BUGS in die volgende modus:

• Plaas die robot op die vloer aan die begin van die lyn
• Plaas 'n gholfbal 3 cm voor die robot
• Skakel die robot aan en kyk hoe hy gaan !!!

Gebruik BUGS in kompas- en hindernisvermydingsmodus:

• Plaas die robot in die rigting waarin u wil hê dat hy moet gaan
• Skakel die robot aan en kyk hoe hy gaan

Gebruik BUGS met 'n kontroleerder:

• Gebruik die joystick om die robot te skuif
• Gebruik die Up -knoppie om die Claw oop en toe te maak
• Gebruik die afknoppie om die arm op en af te lig
• Gebruik die linkerknoppie om die modus Kompas en hindernisvermyding te aktiveer
• Hou die linkerknoppie ingedruk om die modus Compass -hindernis te vermy
• Gebruik die regter knoppie om die lyn volgmodus te aktiveer
• Hou die regterknoppie ingedien om die lynvolgmodus uit te skakel

Tweede prys in die robotiese kompetisie